文 献 综 述

原子层沉积对滤纸的改性

单原子层沉积，又称原子层沉积或原子层外延，最初是由芬兰科学家提出并用于多晶荧光材料ZnS:Mn以及非晶Al₂O₃绝缘膜的研制，这些材料是用于平板显示器。由于这一工艺涉及复杂的表面化学过程和低的沉积速度，直至上世纪80年代中后期该技术并没有取得实质性的突破。但是到了20世纪90年代中期，人们对这一技术的兴趣在不断加强，这主要是由于微电子和深亚微米芯片技术的发展要求器件和材料的尺寸不断降低，而器件中的高宽比不断增加，这样所使用材料的厚度降低值几个纳米数量级。因此原子层沉积技术的优势就体现出来，如单原子层逐次沉积，沉积层极均匀的厚度和优异的一致性等就体现出来，而沉积速度慢的问题就不重要了。

1.1原子层沉积原理

原子层沉积是通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在沉积基体上化学吸附并反应并形成沉积膜的一种方法（技术）。当前躯体达到沉积基体表面，它们会在其表面化学吸附并发生表面反应。在前驱体脉冲之间需要用惰性气体对原子层沉积反应器进行清洗。由此可知沉积反应前驱体物质能否在被沉积材料表面化学吸附是实现原子层沉积的关键。任何气相物质在材料表面都可以进行物理吸附，但是要实现在材料表面的化学吸附必须具有一定的活化能，因此能否实现原子层沉积，选择合适的反应前驱体物质是很重要的，我们将在后面特别讨论。

原子层沉积的表面反应具有自限制性（self-limiting），实际上这种自限制性特征正是原子层沉积技术的基础。不断重复这种自限制反应就形成所需要的薄膜。

1.2原子层沉积设备

原子层沉积技术是通过沉积前驱体脉冲式顺次吸附（反应）沉积超薄膜，表明其沉积设备应是一个功能高度集成的先进材料和器件的制备装置。原子层沉积设备主要由原料输入装置、单原子层沉积反应器、反应残余气体及副产物收集处理器、反应过程高精度在线控制装置（含成分监控装置和厚度监控装置）及其他相关辅助设施。图4是原子层沉积系统示意图，其中不包括反应过程在线控制装置。实际上对于微电子领域使用的先进材料特征尺度很小（低达几纳米），对材料的成分甚至结构都有非常严格的要求，因此原子层沉积过程的高精度在线控制在原子层沉积系统中是不可或缺的。一般来说，原子层沉积的在线控制系统包括沉积层厚度、成份、反应腔气体组成以及温度和前驱体脉冲循环时间等参数控制。

原子层沉积技术的独特优点使其首先在集成电路制造中得到青睐。最新ITRS 2001-2004报告对单原子层沉积技术在未来集成电路制造中的重要作用作了科学的预测。目前世界上只有少数几个大的公司在开发用于批量生产的单原子层沉积设备，包括Genus，ASML，Genitech，Applied Materials及Moo-Han等。他们分别在提高原子层沉积膜的质量和批量生产能力方面做出了较大努力，这包括批量生产系统、等离子体增强ALD和增强试剂输运系统的研制，形成了一些可适用于硅集成电路制造的单原子层沉积设备。

1.3原子层沉积技术的应用